問：根據數據手冊規格估算高速放大器的結溫有多準確？可以很容易地測量結溫嗎？

答：很多年前，我和應用工程師一起討論了從環境溫度計算結溫的經典方法（T A ），功耗（P D ）和熱阻θ JA ），如公式1所示。

T J = T A + P D θ JA （1）

他告訴我一種替代方法，通過使用片上輸出級保護二極管作為溫度傳感器，獲得了流行的3端穩壓器的結溫。他的公司在常規測試和評估過程中使用保護二極管測量穩壓器的結溫。此溫度傳感技術也可用于高速運算放大器。

在圖1中，二極管D3和D4保護運算放大器免受靜電放電（ESD）造成的損壞。二極管D1和D2保護高速運算放大器的輸入差分對免受反向電壓擊穿的破壞性影響。專用二極管和PN結通常用作溫度傳感器，但ESD和輸入保護二極管也可用于測量溫度。

使用二極管作為溫度傳感器的原理很簡單。施加恒定電流后，二極管或PN結上的電壓將隨溫度降低約1至2 mV /°C。溫度變化可以與查找表或公式一起使用，以計算任何給定二極管電壓的溫度;在這種情況下，可以確定高速運算放大器的芯片溫度。

二極管電壓與溫度的關系可以通過將放大器放置在溫度室中，并將恒定電流施加到ESD二極管結（選擇0.5 mA以避免自加熱對二極管結的影響），如圖2所示。將溫度設置為25°C，將器件“浸泡”幾分鐘，然后記錄電壓。二極管。在-40°C和+ 85°C重復上述操作。采用三個點，可以確定斜率。

通過使用等式2的點斜率形式得出二極管電壓隨溫度的表達式。任何二極管電壓的溫度都可以然后很容易計算。

y - y 1 = m（ x - < em> x 1 ）（2）

使用上述步驟評估AD8063通用300 MHz軌到軌放大器上的ESD二極管產生-1.2 mV /°C的斜率。代入等式2，結果如下：

y = -0.0012 x V /°C + 0.887 V（3）

求解x可以從中計算出芯片溫度電壓讀數：

x = -833.3 y °C / V + 739.2°C（4）

接下來， AD8063的功耗為1/4瓦;這種耗散提供足夠的電壓擺幅，以精確測量二極管電壓的變化。 AD8063采用+ 5V和-3V電源供電，可配置為驅動20歐姆負載，如圖3所示。放大器的靜態電流為5.5 mA，無負載時功耗為44 mW。輸入端施加1 V直流信號，輸出端產生50 mA負載電流。輸出晶體管的壓降為4 V.負載為50 mA時，放大器的功耗為200 mW，總功率為244 mW。允許AD8063加熱幾分鐘。電路切換回圖2所示的配置，并讀取二極管電壓。平均電壓為817 mV，對應的結溫為58.4°C。

為了驗證結果，使用紅外攝像機測量外殼溫度。據我們的封裝工程師介紹，結溫比外殼溫度高約1°C至2°C。 IR測量產生的外殼溫度為58.7°C（見圖4）。考慮到塑料封裝的熱效應，結溫約為60°C。因此二極管電壓和IR測量提供了良好的相關性。

使用公式1計算結溫，并且θ JA 為230°C / W（來自AD8063數據表），結溫為83.7°C，相差43％！向后的工作方程式1提供大約130℃/ W的實際θ JA 。本數據表中的θ JA 非常保守，確保了穩健可靠的設計。對于更真實的結溫，ESD二極管測量技術被證明是獲得精確管芯溫度的合理方法。

本系列的后續文章將展示ADM1021A系統溫度監控器如何使用輸入保護二極管直接測量放大器的結溫。

作者要感謝Glen Wiegand和Jerry McCarthy幫助他們收集測試數據。